(57)【要約】【課題】効率良く被検物の測定ができる顕微鏡装置を提供する。【解決手段】本発明の顕微鏡装置１は、所定の倍率の対物レンズ５を介して被検物１２の像を撮像する撮像素子７と、対物レンズ５からの被検物像の撮像素子７への投影倍率を可変させる変倍光学系６と、変倍光学系６を制御して投影倍率を変更させながら撮像素子７を制御して連続的に被検物像を撮像させる制御装置８と、視野中央部が最も投影倍率が高く該中央部から視野周辺部に向かって投影倍率が低くなるように被検物像に歪みを加えてこれらを繋ぎ合わせ一つの合成画像を作成する画像処理装置９と、前記合成画像を表示するモニタ装置１０とを備え、モニタ装置１０は互いに異なる投影倍率の被検物像を繋ぎ合わせる際に繋ぎ目近傍で投影倍率がほぼ一致するように、それぞれの前記被検物像に歪みを加えるように構成される。【選択図】図２（Ａ）
2007114547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の倍率の対物レンズを介して被検物像を撮像する撮像素子と、
前記対物レンズからの前記被検物像の前記撮像素子への投影倍率を可変させる変倍光学系と、
前記変倍光学系を制御して投影倍率を変更させながら、前記撮像素子を制御して連続的に被検物像を撮像させる制御手段と、
視野中央部が最も投影倍率が高く、該中央部から視野周辺部に向かって投影倍率が低くなるように、前記投影倍率の異なる複数の前記被検物像に歪みを加えてこれらを繋ぎ合わせ、一つの合成画像を作成する合成手段と、
前記合成画像を表示する表示手段とを備え、
前記合成手段は、互いに異なる投影倍率の前記被検物像を繋ぎ合わせる際に、繋ぎ目近傍で投影倍率がほぼ一致するように、それぞれの前記被検物像に歪みを加えることを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項２】
前記合成手段は、視野中央部が最も投影倍率が高く、該中央部から視野周辺部に向かって前記投影倍率が低くなるように、同心円状に、前記被検物像に歪みを加えてこれらを繋ぎ合わせ、一つの合成画像を作成することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
【請求項３】
前記合成手段は、視野中央部が最も投影倍率が高く、該中央部から視野周辺部に向かって前記投影倍率が低くなるように、同心四角形状に、前記被検物像に歪みを加えてこれらを繋ぎ合わせ、一つの合成画像を作成することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
【請求項４】
前記合成手段は、視野中央部に配置する、前記最も投影倍率が高い被検物像については歪みを加えないことを特徴する請求項１〜３のいずれかに記載の顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ズーム式やターレット式等の変倍光学系を有する顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検物に光源からの光を照射して映し出される画像の画像処理を行い、被検物の表面高さや形状の測定等を行う顕微鏡装置として、例えば、モニタ装置に表示された被検物の表面上に座標入力画面を重ね合わせて座標データを入力し、その座標で指示された被検部位の高さの情報を取得するものがある（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開平７−１５９１２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記のような測定顕微鏡装置では、測定時には、一般に高倍率で観察するため、１回の撮像で得られる撮像視野は小さく、被検物面の測定すべき被検部位が広範囲に点在する場合など測定位置が探しづらかった。このため、従来の顕微鏡装置では、測定者はまず低倍率の対物レンズを選択して、この低倍率下でステージや被検物などを調整して被検物の最適な視野を得た後に、対物レンズを高倍率に切り換えて被検物の高さや形状測定を行わねばならず、測定作業に多くの手間と時間が必要となり、使い勝手が悪いという問題点があった。
【０００４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、効率良く被検物の測定ができる顕微鏡装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような目的を達成するため、本発明は、所定の倍率の対物レンズを介して被検物像を撮像する撮像素子と、前記対物レンズからの前記被検物像の前記撮像素子への投影倍率を可変させる変倍光学系と、前記変倍光学系を制御して投影倍率を変更させながら、前記撮像素子を制御して連続的に被検物像を撮像させる制御手段（例えば、本実施形態における制御装置８）と、視野中央部が最も投影倍率が高く、該中央部から視野周辺部に向かって投影倍率が低くなるように、前記投影倍率の異なる複数の前記被検物像に歪みを加えてこれらを繋ぎ合わせ、一つの合成画像を作成する合成手段（例えば、本実施形態における画像処理装置９）と、前記合成画像を表示する表示手段（例えば、本実施形態におけるモニタ装置１０）とを備え、前記合成手段は、互いに異なる投影倍率の前記被検物像を繋ぎ合わせる際に、繋ぎ目近傍で投影倍率がほぼ一致するように、それぞれの前記被検物像に歪みを加えるように構成される。
【０００６】
なお、前記合成手段は、視野中央部が最も投影倍率が高く、該中央部から視野周辺部に向かって前記投影倍率が低くなるように、同心円状に、前記被検物像に歪みを加えてこれらを繋ぎ合わせ、一つの合成画像を作成することが望ましい。
【０００７】
また、前記合成手段は、視野中央部が最も投影倍率が高く、該中央部から視野周辺部に向かって前記投影倍率が低くなるように、同心四角形状に、前記被検物像に歪みを加えてこれらを繋ぎ合わせ、一つの合成画像を作成することが望ましい。
【０００８】
また、前記合成手段は、視野中央部に配置する、前記最も投影倍率が高い被検物像については歪みを加えないことが望ましい。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、測定者は、一つの画面表示から、視野周辺部を見れば被検物の全体状態を容易に把握でき、測定場所を速やかに探し出すことができるととともに、視野中心部を見れば高い精度で焦点を合わすことができ、効率良く被検物の測定できる顕微鏡装置を実現できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１に示すように、本発明の顕微鏡装置１は、ランプ光源２と、コレクタレンズからなる照明光学系３と、ハーフミラー４と、所定倍率を有する対物レンズからなる結像光学系５と、ズームレンズ方式の変倍機構を有する変倍光学系６と、ＣＣＤなどの撮像素子７と、制御装置８と、画像処理装置９と、モニタ装置１０と、ＸＹステージ１１とから構成される。
【００１１】
変倍光学系６は、結像光学系５（対物レンズ）からの被検物１２の像（以下、被検物像）の撮像素子７への投影倍率を可変させるためのものである。なお、結像レンズ系５と変倍光学系６は、テレセントリック光学系を構成している。
【００１２】
制御装置８は、変倍光学系６を制御して投影倍率を低倍から高倍に変更させながら、撮像素子７を制御して、連続的に被検物１２の像を撮像させるためのものである。
【００１３】
画像処理装置９は、図２（Ａ）に示すように、（モニタ装置１０の表示画面の）視野中央部１０ａが最も投影倍率が高く、該中央部１０ａから視野周辺部１０ｂ，１０ｃに向かって投影倍率が低くなるように、被検物像に歪みを加えてこれらを繋ぎ合わせ、一つの合成画像を作成するためのものである。より詳しくは、画像処理装置９は、制御装置８により撮像素子７の撮像面上にて常に低倍から高倍に投影倍率が変化する被検物像を定期的に収集し、離散的な数種類の投影倍率の被検物像を得ている。そして、上記のように収集した、互いに異なる投影倍率の被検物像を繋ぎ合わせる際に、それぞれの繋ぎ目近傍で投影倍率がほぼ一致するように、各被検物像に歪みを加えて繋ぎ合わせ、一つの合成画像を作成している。なお、本実施形態では、視野中央部に配置する、最も投影倍率が高い被検物像１０ａについては歪みを加えない。
【００１４】
ここで、本実施形態では、画像処理装置９は、同心円状に、視野中央部１０ａが最も投影倍率が高く、該中央部１０ａから視野周辺部１０ｂ，１０ｃに向かって投影倍率が低くなるように、被検物像に歪みを加えてこれらを繋ぎ合わせて、一つの合成画像が作成されているが（図２（Ａ）参照）、これに限定されるものではなく、例えば、同心四角形状であってもよい。
【００１５】
モニタ装置１０は、画像処理装置９により作成された合成画像を表示するためのものである。ランプ光源２と、照明光学系（コレクタレンズ）３と、ハーフミラー４と、結像光学系（対物レンズ）５と、変倍光学系６及び撮像素子７は、顕微鏡１の鏡筒部１ａ内に備えられ、ベース部１ｂに対してＺ方向（矢印Ｃが示す方向（高さ方向））に移動可能である。
【００１６】
このような構成の顕微鏡装置１では、落射照明が使用され、ランプ光源２から出射した照明光が、コレクタレンズからなる照明光学系３を介し、ハーフミラー４に照射される。ハーフミラー４は、入ってきた照射光のうち約半分の光を透過して残りの光を反射するものであり、該ハーフミラー４で反射された照明光は、対物レンズからなる結像光学系５により、ＸＹステージ１１に載置された被検物１２の視野範囲に集光されて照射される（いわゆるケーラー照明）。
【００１７】
被検物１２に集光照射された光は、該被検物１２の表面で反射され、再び結像光学系（対物レンズ）５に入射して集光され、ハーフミラー４を透過し、変倍光学系６を通って、撮像素子７へ進み、該素子７の撮像面上にて結像する。そして、撮像素子７では、光の強度（明るさ）を検出して、この光の強度に応じて撮像信号を画像処理装置９に出力する。
【００１８】
被検物１２は、ＸＹステージ１１に載置され、結像光学系（対物レンズ）５の下方に配置され、該ステージ１１のＸ方向（矢印Ａが示す方向），Ｙ方向（矢印Ｂが示す方向）の位置を調節することにより、測定対象部位を視野に入れる。
【００１９】
ここで、図２（Ｂ）に基づき、画像処理装置９（マイクロプロセッサ）の画像合成処理について説明する。まず、変倍光学系６を低倍率の光学系にセットして、高倍率に向けて駆動する（ステップＳ１）。次に、予めセットしておいた複数の所定倍率になったことを検出し、撮像素子７は所定のレイトで画像を取得する（ステップＳ２）。なお、変倍光学系６がズームレンズ方式の場合には、その変倍機構にセンサを設けておき、所定の倍率を検知できる。また、ターレット方式の場合には、切換機構３１の各倍率レンズに相当する位置にセンサを設け、所定倍率を検知できる。
【００２０】
続けて、上記ステップＳ２で取得された画像データを画像処理装置９の記憶装置に順次記憶し（ステップＳ３）、変倍光学系６が所定の高倍率になったか否かを判断する（ステップＳ４）。ここで、変倍光学系６が所定の高倍率になっていないと判断された場合は、ステップＳ２に戻る。一方、変倍光学系６が所定の高倍率になったと判断された場合は、ステップＳ５に進み、画像処理装置９の記憶装置内に記憶された低倍から高倍の画像データに基づいて１枚の画像を合成処理する（ステップＳ５）。ステップＳ５について、より詳しく説明すると、画像処理装置９では、図２（Ａ）に示すように、視野中央部１０ａが最も投影倍率が高く、該中央部１０ａから視野周辺部１０ｂ，１０ｃに向かって投影倍率が低くなるように、同心円状に且つ繋ぎ目近傍では投影倍率がほぼ一致するように、被検物像に歪みを加えてこれらを繋ぎ合わせ、一つの合成画像が作成される。このように作成された合成画像は、上記ステップＳ１からステップＳ５の処理が繰り返して行われ、モニタ装置１０にて順次画面表示されて（ステップＳ６）、本処理は終了する。
【００２１】
本実施形態の変倍光学系６は、低倍率の光学系に設定されているときには低ＮＡ（開口数ＮＡ）の光学性能を有しており、また高倍率の光学系に設定されているときには低倍率時に比べて相対的に高ＮＡの光学性能を有するようにレンズ系が構成されている。そのため、モニタ装置１０上の合成画像は、該合成画像の視野周辺部が低倍率（変倍光学系６の低倍率）の画像に対応することになる。その結果、合成画像の視野周辺部１０ｂ，１０ｃは低ＮＡのため焦点深度が深く、その周辺部の画像がフォーカスインジケータの役割を果たすことになり、合成画像の高倍率画像部分（視野中心部１０ａ）のピント調整が容易になる。なお、この鏡筒部１ａにおけるＺ軸方向のピント調整は、測定者がマニュアル操作で行ってもよいし、電動により行ってもよい。
【００２２】
測定者は、上記のように作成された合成画像が映るモニタ装置１０の画面を見て、視野周辺部から被検物１２の全体状態を容易に把握して、ＸＹステージ１１をＸＹ方向に移動して、測定場所を速やかに探し出すことができる。さらに、同じ画面の視野中心部から、鏡筒部１ａをＺ方向に移動して、高い精度で焦点を合わすことができる。そして、被検物１２の視野中心部１０ａにおいて、パターンの幅や座標位置情報などのデータを取得し、形状等の公知の形状測定ができる。このように、本発明の顕微鏡装置１では、効率良く被検物１２の測定ができる。
【００２３】
以上のような本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば適宜改良可能である。以下、上記実施形態と同じ機能を有するものについては、同じ付番をしてその説明を省略する。
【００２４】
例えば、本実施形態の変倍光学系６には、ズームレンズ方式の変倍機構を有して構成されているが（図２（Ａ）参照）、これに限定されるものではなく、図３に示すように、ターレット式の切り換え機構３１を有して構成してもよい。
【００２５】
また、図４に示すように、２つのハーフミラー３２，３３を配置して、高倍率用（図４中で「×１０領域」で示す部分）の第１の撮像素子３４と、低倍率用（図４中で「×８領域」〜「×１領域」で示す部分）の第２の撮像素子３５とを分けて構成してもよい。すなわち、ランプ光源（図示略）から出射した光は、結像光学系（対物レンズ）５により被検物１２の視野範囲に集光されて照射され、該被検物１２の表面で反射した光は、再び結像光学系５に入射して集光され、第１のハーフミラー３２を透過するか反射される。ここで第１のハーフミラー３２を透過した光は、投影倍率を所定の高倍率にする光学系３６を通り、視野中心部に表示するための画像を得るための第１の撮像素子３４へと進むように構成する。一方、第１のハーフミラー３２で反射した光は、第２のハーフミラー３３を透過し、投影倍率を所定の低倍率に可変する変倍光学系３７に入射し、視野中心部から周辺部に表示するための画像を得るための第２の撮像素子３５へと進むように構成してもよい。このような構成により、本機構は、上記実施形態と比べて若干複雑になるものの、投影倍率の高い領域における精度をより向上させることができる。
【００２６】
なお、図４に示す実施形態では、変倍光学系３７にズーム式の変倍機構を有して構成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、図５に示すように、ターレット式の切り換え機構３８を配設して構成してもよい。このような構成により、図４の顕微鏡装置と比べて振動を抑えることができ、より投影倍率の高い領域における精度をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係る顕微鏡装置の構成図である。
【図２（Ａ）】本発明の実施形態に係る顕微鏡装置のモニタ装置に表示される画面例である。
【図２（Ｂ）】本発明の実施形態に係る画像処理装置の画像合成処理に係る制御フローチャートである。
【図３】本発明の他の実施形態に係る顕微鏡装置の構成図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る顕微鏡装置の構成図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る顕微鏡装置の構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    顕微鏡装置
２    ランプ光源
３    照明光学系
４    ハーフミラー
５    結像光学系（対物レンズ）
６    変倍光学系
７    撮像素子
８    制御装置（制御手段）
９    画像処理装置（合成手段）
１０  モニタ装置（表示手段）
１１  ＸＹステージ
１２  被検物
【図１】
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【図２（Ａ）】
2007114547.tif 000004
【図２（Ｂ）】
2007114547.tif 000005
【図３】
2007114547.tif 000006
【図４】
2007114547.tif 000007
【図５】
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